Коэффициента армирования

Выражение (17) выведено Ланжелье [3], исходя из допущения, что выражения для K's и K'z содержат концентрации (в моль/л), а не активности. Если Ks — произведение растворимости, содержащее активности ионов, то /Cs = K'sy^.> где v± — среднеионный коэффициент активности СаСО3. Для коэффициента активности Ланжелье с использованием теории Дебая — Хюккеля выведено выражение — lg у = 0,5г2ц1/2, где (д. — ионная сила, a z — валентность. Следовательно, полученные титрованием концентрации СО~ и HCOj можно приравнять к соответствующим концентрациям этих ионов в выражениях для /Q и Д^- Значения /Cg и К% меняются не только с температурой, но и в зависимости от суммарного содержания растворенных солей, так как ионная сила раствора влияет на активность отдельных ионов.

Жидкости-электролиты представляют собой растворы каких-либо веществ в воде, либо расплавы солей сульфидов, окислов и т. п. Ионы, находившиеся ранее в узлах кристаллической решетки, в электролите приобретают большую подвижность и могут служить носителями тока. Проводимость электролита зависит от природы, концентрации и коэффициента активности ионов. Все эти параметры сильно зависят от температуры электролита. В растворе ионы обычно менее активны из-за сольватирования их молекулами растворителя, что видно из приведенных ниже данных В. В. Фролова о числе ионов щ и удельной проводимости V в насыщенном растворе (числитель) и в расплаве Nad (знаменатель) :

Значения констант для некоторых веществ приведены в табл. 8.5. Растворы относятся к конденсированным системам (жидкие, твердые) и поэтому силы взаимодействия между частицами растворенного вещества и растворителя, а также силы взаимодействия между частицами самого растворенного вещества достаточно большие. Это приводит к тому, что как бы уменьшается число частиц в растворе, способных самостоятельно перемещаться и участвовать в процессе, т. е. уменьшается активность растворенного вещества. Это можно учесть, введя понятие коэффициента активности у. Тогда активная концентрация, или просто активность, будет равна

Значение коэффициента активности зависит от температуры, природы раствора и его концентрации. В водных растворах малой концентрации 7— *•!•

упругость пара растворителя, но и общую упругость пара, включая и упругость пара растворенного вещества, которая зависит, естественно, от коэффициента активности его в данном растворе.

Используя понятия термодинамической активности а (или коэффициента активности /) и электрохимического потенциала \i> можем написать равенства:

1 При определении понятия термодинамической активности растворов указывается [3], что появление коэффициента активности, отличного от, единицы, обусловлено двумя обстоятельствами: 1) изменением концентрации растворенного вещества вследствие сольватации или,образования продуктов присоединения и 2) изменением энергии частиц в результате их взаимодействия меэкду собой и с молекулами растворителя. • ,

Поэтому в отличие от коэффициента активности в обычном смысле целесообразно ввести коэффициент активности, обусловленный также внешним воздействием, в данном случае коэффициент электрохимической активности, связанный с внешним электрическим полем.

Используя понятия термодинамической активности а (или коэффициента активности /) и электрохимического потенциала Д, можем написать равенства:

1 В электрохимии растворов при определении понятия термодинамической активности растворов указывается, что введение коэффициента активности, отличного от единицы, обусловлено двумя обстоятельствами; 1) изменением концентрации растворенного вещества вследствие сольватации или образования продуктов присоединения и 2) изменением энергии частиц в результате их взаимодействия между собой и с молекулами растворителя.

Поэтому в отличие от коэффициента активности в обычном смысле целесообразно ввести коэффициент активности, обусловленный также внешним воздействием, в данном случае коэффициент электрохимической активности, связанный с внешним электрическим полем.

По электрическим характеристикам материала, полученным расчетным или экспериментальным путем, могут быть определены другие характеристики состава и структуры материала, из которых в первую очередь представляет интерес определение содержания компонентов гетерогенной среды, в частности коэффициент армирования композитных материалов. Параметры таких гетерогенных систем вычисляют с помощью формул, определяющих средние значения диэлектрической проницаемости *• через диэлектрические проницаемости компонентов и их объемную или массовую концентрацию (табл. 3). Эти формулы могут быть использованы и для обратной задачи — определения характеристик состава материала, например коэффициента армирования, пористости, влажности по диэлектрической проницаемости всей композиции и отдельных ее компонентов, а также для определения диэлектрической проницаемости одного из компонентов, если известны остальные параметры. Для более удобного и оперативного получения результатов контроля могут быть составлены номограммы. На рис. 9 приведены номограммы, предназначенные для определения объемного содержания сферических включений (алгоритм нахождения этого параметра — слева) и диэлектрической проницаемости включений (алгоритм справа). При

правлений армирования способствует снижению анизотропии свойств, общего коэффициента армирования, а следовательно, и абсолютных значений характеристик материала. Материалы с полной изотропией упругих свойств получаются при укладке арматуры под углом 31° 43' к осям декартовой системы координат в каждой из трех ортогональных плоскостей [43, 120] (рис. 1.9). Для других видов симметрии характерно наличие определенных экстремальных значений физических свойств. В табл. 1.1 приведены экстремальные значения модулей сдвига для четырех типов симметрии свойств материала и указана кристаллографическая ориентация их плоскостей по отношению к главным осям. При ортогональном армировании в направлениях 2 и 3, соответствующем ортотро-пии или кубической симметрии свойств, модули сдвига G° в главных плоско-

Как видно из анализа схем армирования только прямолинейными волокнами, отклонение направлений укладки волокон от однонаправленной и плоской схемы существенно снижает объемный коэффициент армирования материала. При трех взаимно ортогональных направлениях укладки волокон предельный коэффициент армирования [1пр снижается по сравнению со слоистой структурой на 25 %. Заметим, что для последней при любом числе направлений армирования характерно неизменное значение предельного коэффициента армирования япр = 0,785, равное коэффициенту однонаправленного материала с прямоугольной схемой укладки волокон.

Сравнение схем армирования с прямыми и криволинейными волокнами, согласно таблице, показывает, что повышение значения объемного коэффициента армирования у материалов с искривленными волокнами позволяет управлять упругими свойствами пространственно-армированного композиционного материала во всех направлениях. Такое управление в случае пространственного армирования одними прямолинейными волокнами ограничивается резким снижением общего объема арматуры в материале, соответствующим понижением его упругих констант и предела сопротивления при нагружении.

Экспериментальное определение суммарного коэффициента армирования

ной матрицы, упругие свойства которой идентичны упругим свойствам всего материала. Комбинация решений для двух компонентов приводит к разрешающей системе уравнений. Особенность приближения согласно этому методу состоит в том, что решение задачи теории упругости для каждого включения (компонента материала) не зависит от коэффициента армирования, что приближенно допускается при малых значениях последнего.

сматривается композиционный материал 4D с плотной упаковкой прямолинейных волокон. Направления во-локон параллельны направлениям высот тетраэдров, вершины которых совпадают с диаметральными вершинами куба (см. рис. 1.6). При такой схеме косоугольного пространственного армирования обеспечивается одинаковый угол между любой парой волокон из разных семейств. Этот угол в силу очевидного соотношения cos 0 = 1/3 6 «70° 30'. Геометрическая задача для пространственно-армированного в четырех направлениях композиционного материала с плотной упаковкой волокон состоит в установлении схемы расположения волокон одного семейства и определении объемного коэффициента армирования.

Это же значение коэффициента армирования достигается при полной упаковке волокон с квадратными сечениями в случае трех ортогональных направлений армирования. Однако для сечений волокон в виде круга снижение коэффициента армирования у композиционного материала с плотной трехнаправленной структурой более значительно (\а = Зл/16 ж 0,59), чем у материала с четырьмя направлениями армирования, рассмотренными выше

Геометрические свойства рассмотренной структуры материала 4D, определенные единым углом пересечения волокон разных семейств 9 и необходимостью касания волокна с тремя другими волокнами из разных семейств, еще не достаточны для однозначного расчета коэффициента армирования. Существенное влияние на значение последнего оказывает плотность распределения волокон каждого направления. В изложенном подходе неявно принималось условие одинаковой плотности распределения волокон всех четырех направлений.

направлений армирования за счет удвоения числа волокон этого направления по сравнению с их числом в каждом из трех других направлений приводит к снижению коэффициента армирования композиционного материала до 0,43 при плотной упаковке волокон с шестиугольным сечением и соответственно до 0,40 — с круговым сечением.

Уменьшение коэффициента армирования в направлении искривленных волокон при неизменном объемном содержании в материале арматуры более заметно отражается на значении G13, чем на модулях упругости и коэффициенте Пуассона V13.